Elektromekanisk insekt eller flappende oscillator: 9 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Introduktion

Jeg har fulgt udviklingen af robotik i omkring 10 år, og min baggrund er biologi og videografi. Disse interesser har kredset om min underliggende passion, entomologi (undersøgelsen af insekter). Insekter er en stor ting i mange brancher og har været kilden til stor inspiration. Heldigvis vinder biologi og insekter slag i robotteknologi gennem biomimik og syntetisk biologi. Jeg er især begejstret for insekthopters fremskridt. CIA oprettede en flyvende insektothopter allerede i 1970'erne, og insekter vil fortsat spille en stor rolle for at påvirke, hvordan problemer inden for robotik løses. Jeg vil dele en kunstnerisk metode til at bygge din egen elektromekaniske insektskulptur.

Et håndværk, der har fokuseret stærkt på insekters egenskaber, er kunsten at binde fluer. Fluebinding er en metode til at skabe lokker til fluefiskeri. Dette håndværk anvender en mangfoldig palet af materialer og værktøjer og kræver omhyggelig opmærksomhed på detaljer, mens det i høj grad er afhængig af korrekt teknik for at færdiggøre smukke designs.

Jeg er ikke blevet for begejstret for 3D -udskrivning eller mikrokontroller. Jeg gør en indsats for at producere elektromekaniske væsner, der ikke bruger nogen af disse teknologier. Det ser ud til, at uanset hvilken sensor eller et mekanisk udtryk du vil udforske, skal det hele fodres gennem en mikrokontroller. Lad os tage det lidt tilbage og gøre vores hjerne til en oscillator!

Så det jeg foreslår dig er, at vi bruger fluebindingsværktøjer, materialer og teknik som grundlag for at skabe et smukt, let, unikt, elektromekanisk insekt. Denne BEAM-lignende kinetiske skulptur vil forhåbentlig inspirere dine venner og familie til at sætte pris på insekter og håndværk.

Trin 1: Design din oscillator

Der er mange oscillator kredsløb at vælge imellem online. Efter at have kigget på en sort, følte jeg, at den letteste og mest "organiske" var Astable Multivibrator. Dette kredsløb kan oprettes med symmetriske modstande eller asymmetriske, hvilket resulterer i lidt forskellige pulsbredder, afhængigt af hvilken "side" af kredsløbet du tager dit output fra.

Komponenterne til dette kredsløb, jeg valgte, er:

Antal: Vare:

x1 2N4403 pnp transistor

x1 2N3905 pnp transistor (spejlben ud)

x2 330 Ω modstande

x2 22k Ω modstande

x2 4,7 μF 16V kondensatorer

x2 Lysafhængige modstande (LDR) i området 0 - 30k Ω

x1 2N4920 pnp transistor (håndtag 1 amp)

x1 8+ Ω Højttalerspole

x1 Lille ikke -magnetisk, ikke lukket rørkontakt

Jeg vil have en lav RC -tid og små kondensatorer, så jeg valgte 22k Ω modstande med 4,7 μF 16V bipolære kondensatorer. Dette resulterer i omtrent 2-5 Hz svingningsfrekvens.

Jeg vil også have, at kredsløbet påvirkes af miljøet, så jeg sætter lysafhængige modstande (LDR) i serie med de 22k modstande. Omskifteren er en lille rørkontakt trukket fra et engangskamera -flash -kredsløb. Vi bruger denne switch som følsomme whiskers på maven.

Trin 2: Begynd lodning

Ved hjælp af disse komponenter skal du bruge flere værktøjer til at lodde dem sammen. Vi kommer ikke til at bruge et perfboard.

Tag to viser, en til at holde dine komponenter og den anden til at holde dit loddejern.

Sørg også for at have trådskærere, tænger og en model af dit kredsløb som reference. Jeg har prototyperet en anden version af kredsløbet for at sikre, at jeg altid ved, hvilke dele af komponenterne der fæstner hvor.

Bøj lederne af de to transistorer, så kollektoren bøjer ud til siden, og basen bøjer ind mod midten. Fordi 2N4403 og 2N3905 (billedet som BC557) har forskellige pin -outs, skal du være omhyggelig opmærksom på, hvor basen og samleren er. To af de samme pnp -transistorer kunne bruges, men jeg kan godt lide den chirale kvalitet af den spejlede pin ud. Det er jo kunst.

Bøj kondensatorledningerne i rette vinkler.

Klip ledningerne korte på kondensatorerne og transistorbasen og kollektorer.

Placer nu transistoren i din skruestik, og bring loddejernet mod det ønskede bly til lodning. Dette frigør begge dine hænder til at bringe kondensatoren og loddetøjet ind og vedhæfte dem.

Gentag dette trin, så basen og kollektorerne på hver transistor fastgøres til hver kondensator.

Interessant at bemærke, skruestikken kan faktisk fungere som en køleplade til transistorer og arkitekturen i dit færdige loddejob gør denne struktur overraskende stærk.

Trin 3: Lodde modstanderne

Bøj og skær modstandernes ledninger som vist ovenfor.

Placer 330 Ω modstanden i skruestikken og lod vores kondensatortransistorenhed til modstanden. Følg skematisk, denne modstand skal vedhæfte, hvor transistorens kollektor er.

Gentag med den anden 330 Ω modstand.

Placer LDR i skruestikken og lod vores voksende kredsløb til den. Lodning til bunden af transistoren.

Gentag med den anden LDR.

Skær LDR's lange ledninger mod midten.

Lod de 22k Ω modstande til LDR -ledningerne således, at modstandene er i serie.

Hver af de fire modstande skal have åbne ledninger, der peger ud i midten af vores kredsløb (som vist på billedet).

Bøj lederne af disse modstande mod deres naboer, afkort dem og lod dem alle sammen. Dette modstandsbundt er nu en del af vores jordskinne.

Trin 4: Loddetråde og Power PNP

Denne enhed af kondensatorer, transistorer og modstande er vores astable multivibrator -oscillator. Det er effektivt vores hjerne for insektet. LDR'erne fungerer som øjne og ændrer en smule frekvensen og pulsbredden af vores oscillator. Dette kredsløb alene kan ikke drive højttalerspolen, så vi forbinder det med Q3, vores effekttransistor (BD140 eller 2N4920).

Lod den positive skinneledning til emitteren i Q1.

Lod lodskinnetråden til modstandsbundtet.

Lod en tredje ledning til emitteren af Q2 (afbildet som orange).

Lod denne tredje ledning til bunden af Q3, power -pnp -transistoren (2N4920).

Fjern den positive skinnetråd ca. 1 1/2 tommer ned og lod til emitteren af Q3.

På dette tidspunkt holder jeg gerne af en pause fra lodning og påfører et liberalt lag klart neglelak på kredsløbet. Dette vil hjælpe med at forhindre shorts, hvis kredsløbet er bøjet eller klemt, og vil give det lidt vejrbeskyttelse. Påfør gerne flere lag.

Kontroller, at du ikke har kortsluttet kredsløbet nogen steder. Test kredsløbet for at sikre, at det stadig fungerer ved at forsyne den røde ledning med +9V, jorde den sorte eller brune ledning og klippe til samleren af Q3. Jeg bruger en lille 5V lampe eller en ekstra højttaler. Fordi Q3 kun kan klare omkring 1 ampere, må du ikke overvarme denne transistor med for meget effekt og for lidt modstand. Lav dine beregninger (I = V/R) under antagelse af jævnstrøm. I teorien er den gennemsnitlige strøm halvdelen af jævnstrømmen ved skinnespænding på grund af den pulserende effekt, men dette vil hjælpe os med at efterlade plads til fejl.

Trin 5: Klip stemmespole og lodning ud

Tag en lille billig højttaler med fungerende stemmespole og skær den ud. Start med at skære rundt om kanten af højttalerkeglen, og sørg for ikke at skære tinsel -trådforbindelserne nedenunder.

Klip eller aflod tinseltrådsstikkene fra kurvfanerne.

Skær maskeophænget lige over den permanente magnet.

Fjern stemmespolen, og klip det overskydende papir og net væk. Sørg for at forlade stikkontakten så længe som muligt.

Tin spidserne på glitterkabelstikkene og lod det ene til samleren af Q3.

Lod det andet stik til en forlængerledning.

Fjern midten af denne nye ledning og lod den til jordskinnen.

Trin 6: Design vingerne

Jeg udskrev cranefly vingemønstre på gennemsigtighed.

Du kan også tegne vingerne med penne og skarpe på acetat.

God fornøjelse med at farve vingerne og gøre dem unikke og interessante.

Læg dit acetatark på et gammelt magasin og pres i venerne med en syl. Skift for og bag for at skabe konkave og konvekse folder i acetatet. Dette tilføjer ikke kun illusionen af ægte insektvinger, men det styrker faktisk også vingerne.

Klip vingerne ud, men lad dem være som et par! Efterlad lidt ekstra materiale i midten, så vores stemmespole har mere materiale at skubbe rundt på.

Trin 7: Bind vingerne til monofilament

For at begynde at binde skal du bruge omkring 35 lb. monofilament, vores skruestik fra tidligere, saks, vinger, tråd og en fluebindende spole. *Foreslået korrektion: Brug tungere monofilament eller tynd tråd til disse vingestøtter. Modellen på billedet og bygget mister mekanisk effektivitet, når monofilamentet bukker udad under nedslag.

Skær to stykker, fem tommer lange og læg et stykke i skruestikken. Bind vingerne løst til monofilamentet i et ottemønster.

Gentag med et andet stykke monofilament og den anden vinge.

Jeg tilføjede lidt lim til knuderne på hvert stykke for ekstra sikkerhed. Sørg for, at limen ikke forhindrer vingernes evne til at klappe. Dette formodes at fungere som et hængsel, og monofilamentet er vores støttepunkt.

Trin 8: Byg Thorax og Head

Alt kommer sammen på én gang i denne fase.

Tag et tre tommer stykke 100 lb. monofilament eller stiv slange, og bind tråd på længden af det.

Tag tre, syv tommer stykker blomstertråd, og bind hver i midten langs længden af vores kropsstruktur. Det vil være vores ben.

Bind bagstykker af mindre monofilament fra vores vingeenhed lige bag bagbenene, så der er plads til senere at justere deres længde.

Find en magnetnål som den på billedet. Dette vil holde vores permanente neodymmagnet på plads.

Bind kredsløbet, vi byggede på benene / kroppen.

Bind magnetpinden fast på kroppen bag hovedet, men foran Q3.

Bind to små hackelfjer på kroppen lige bag hovedet, så de stikker fremad som antenner (dette er rent æstetisk).

Før de forreste stykker af mindre monofilament fra vingenheden fremad, og bind dem fast på kroppen tæt på hovedet. Træk i hvert stykke for at sikre, at vingerne er centreret og hæve over magneten.

Skær stemmespolens papirrør mod midten, så vi kan glide vingernes acetat inde i det. Hele denne struktur skal svæve over stiften, hvor vores magnet vil gå, så når strømmen styrter gennem spolen, trækker den magnetiske kraft vingerne ned, og vingernes spidser klapper op.

Trin 9: Byg maven

Bind sivkontakten på bagsiden af kroppen. Dette vil være spidsen af maven, hvor vores følsomme whiskers vil være. Lod vores jordskinne til det ene ben af rørkontakten.

Lod et andet kort stykke ledning til det andet ben af rørkontakten.

Krøl den positive skinnetråd for at skabe et stort overfladeareal til batteriet.

Krøl det nye korte stykke ledning tilsluttet kontakten for at røre ved den negative eller 0V side af batteriet.

Bind et lille 12V batteri på maven, og fastgør batterilederne til en solid forbindelse. Jeg var nødt til at tilføje et par stykker tung monofilament til maven for at forhindre, at batteriet vendte over til den modsatte side af maven, da jeg bandt det fast.

Prøv det! Bevæger vingerne sig mod magneten? Sørg for, at magnetens polaritet er korrekt ved at følge den højre hånd for elektromagnetisk strøm og bruge et analogt kompas til at fastslå polariteten af din permanente magnet. Hvis du byggede kredsløbet som jeg beskrev, strømmer strøm ud af kollektoren af Q3, gennem spolen og mod jordskinnen eller 0V -siden af batteriet.

For at afslutte det skal du bøje blomstertrådbenene for at se ud som en bug, som du vil! Prøv lidt lim, hvor benene møder kroppen, hvis de er for spinkle. God fornøjelse!

Lad mig vide, hvis du har spørgsmål. Dette er helt klart et finurligt projekt. Et lille gummibånd mellem batteriets ledninger kan hjælpe med at holde dem på plads.

Held og lykke!

Første præmie i Tech Contest